Биотопливо: технологии получения, плюсы и минусы использования. Преимущества и недостатки электростанций на биомассе Биотопливо плюсы и минусы

Для получения любого вида энергии необходим определенный источник. Как известно, существуют традиционные и нетрадиционные источники энергии, то есть альтернативные.

Традиционными источниками энергии являются нефть, уголь, природный газ. Запасы данных источников энергии исчерпаемы, подлежат длительному восстановлению, а также отрицательно отражаются на экологическом состоянии планеты. Поэтому, большинством стран мира в качестве основного направления развития энергетики определено производство энергии с помощью альтернативных источников энергии. Альтернативные источники энергии относятся к возобновляемым ресурсам, они более экологичны и экономичны.

Основная классификация альтернативных источников энергии

Энергия электромагнитного солнечного излучения

Она может использоваться для выработки как электроэнергии, как и тепловой энергии. Прямое преобразование солнечной радиации в электроэнергию производится как путем прямого преобразования за счет явления внутреннего фотоэффекта на фотоэлектрических панелях, так и косвенно с использованием термодинамических методов (получение пара с высоким давлением ) .

Получение тепловой энергии из солнечной производится за счет поглощения данной энергии и дальнейшего нагрева поверхности и теплоносителя, как специальными коллекторами, так и при помощи использования приемов «солнечной архитектуры».

Совокупность установок для преобразования энергии Солнца составляет солнечную электростанцию.

Кинетическая энергия ветра

Она служит для преобразования в механическую, тепловую, а также, чаще всего, в электроэнергию. Чтобы получить механическую энергию из кинетической энергии воздушных масс применяют элементарные ветряные мельницы. Однако, для дальнейшего преобразования полученной механической энергии необходимо использование ветрогенератора .

Ветрогенератор позволяет преобразовать механическую энергию вращения ротора в электрическую энергию. Существует возможность накопления полученной электроэнергии при помощи аккумуляторных батарей и использования только при необходимости. Такая установка будет называться ветроэнергетической, или ветроустановкой. Совокупность нескольких ветроустановок будет называться ветряной электростанцией.

Преобразование ветровой энергии в тепловую энергию может производиться как косвенно (путем преобразования механической энергии в электрическую энергию, и затем, использованием полученной энергии для питания электрических приборов отопления), так и напрямую (прямое преобразование механической энергии в тепловую с нагревом теплоносителя производится путем применения вихревого теплогенератора)

Гидроэнергия

Гидроэнергия представляет собой солнечную энергию, преобразованную в потенциальную энергию, накопленную в плотине или водохранилище естественных и искусственных водоемов. Гидроэнергию можно преобразовывать в механическую либо электроэнергию с помощью гидротурбин. Данные установки называют гидроэлектростанциями (ГЭС).

Преобразование энергии приливов и отливов в электроэнергию производится на приливных электрических станциях двумя способами:

1. Первый способ по принципу преобразования энергии аналогичен преобразованию энергии на гидроэлектростанции путем вращения турбины, связанной с электрогенератором;
2. При втором способе используется энергия движения воды; данный способ основан на перепаде уровня воды при приливах и отливах.

Энергия волн используется для получения механической и электрической энергии. Преобразование происходит на специальных волновых электростанциях, принцип работы которых основан на оказании воздействия волн на следующие применяемые устройства: поплавки, маятники, лопасти. Перемещение данных устройств образует механическую энергию, которая далее при помощи электрогенератора преобразуется в электроэнергию.

Геотермальная энергия или энергия тепла Земли

Она может использоваться по прямому назначению, либо для получения электроэнергии. Преобразование энергии происходит на геотермальных станциях – ГеоТЭС.

Источники геотермальной энергии могут быть высоко- и низкопотенциальными. К высокопотенциальным источникам относятся гидротермальные ресурсы (термальная вода ). Их применяют для отопления помещений.

Низкопотенциальные источники энергии, в свою очередь, бывают естественными (воздух атмосферы, грунтовая вода, сам грунт) и искусственными (вентиляционный воздух помещения, отработанные воздух, вода или тепло). Данные источники применяют для кондиционирования, теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Биоэнергию производят из разных видов биологического сырья, которое получается после переработки биоотходов. Из твердых (щепа, пеллеты, древесина, солома), жидких (биоэтанол, биометанол, биодизель) и газообразных (биогаз, биоводород) видов биологического топлива путем термохимических (пиролиз, сжигание), физико-химических (биоконверсия), либо биохимических (анаэробное брожение биомассы) методов преобразования получают тепловую или электрическую энергию.

Преимущества и недостатки альтернативных источников энергии следует рассматривать в индивидуальном порядке, однако выделим несколько общих плюсов и минусов, характерных для всех источников.

Плюсы использования альтернативных источников энергии

• Возобновляемость
• Экологический аспект.
• Широкое распространение, доступность.
• Низкая себестоимость производства энергии в обозримом будущем.

Минусы применения альтернативных источников энергии

• Непостоянство, зависимость от погодных условий и времени суток.
• Невысокий коэффициент полезного действия (за исключение водных источников энергии).
• Высокая стоимость
• Недостаточная единичная мощность установок.

Похоже и до России доходит модная мировая тенденция перехода на экологически чистые, возобновляемые виды топлива. Были разработаны и предложены поправки в ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» членами Парламента Республики Северная Осетия-Алания. Законопроект уже отправлен в Государственную Думу.

На следующей неделе пройдет первое чтение.

Чего добиваются парламентарии? Авторами документа было выдвинуто предложение, которое расширит список видов топлива заменяющих бензин. Сейчас заменитель представлен в единственном виде,- природный газ. В дальнейшем, если поправки пройдут, альтернатива расширится до биотоплива, биодизеля и электроэнергии.

В пояснительной записке к документу прилагается исчерпывающий список того топлива, которое может стать эффективным эквивалентом бензина и дизеля. Биоэтанол, биодизель, источники кинетической энергии и топливные элементы.

Перейдя в будущем на такое топливо в теории все должны получить только плюсы от подобной рокировки. Природа и люди больших городов вздохнет свободнее, на сжигание не будет тратиться все дорожающее классическое топливо (цены на новое топливо при полном переходе на него должны снизится, в теории по крайней мере), биотопливо будет добываться из восстанавливаемых источников, для этого дела подойдут древесные опилки, свекла, соя, рапс, зерновые культуры и другие биологические запасы. И самое главное, на что обращают внимание парламентарии, нефть и газ имеют свойство заканчиваться, и чтобы этого не произошло неожиданно необходимо создать страхующую базу, которая позволит не остаться без энергетических запасов.

Если биотопливо попадет в закон, это поспособствует его дальнейшему внедрению и развитию сначала на муниципальном транспорте, а инвесторов и крупные компании сподвигнет к тому, что они начнут вкладываться в этот до сих пор слишком рискованный вид бизнеса.

Теперь посмотрим на минусы биотоплива, точнее минусы в его использовании.

В современных автомобилях биоэтанол и биодизель могут применяться лишь в составе обычного бензина/дизеля соответственно. И лишь в небольших количествах, не более 10%. Если превысить этот порог, то безвредное для экологии может спокойно навредить топливной системе автомобиля и его двигателю.

То есть, для того чтобы автомобиль мог ездить на чистом биотопливе необходим доработанный двигатель и другие топливные магистрали, без этого никак.

Для начала конечно вполне подойдет опыт Старого света, где разбавляя обычное топливо биодобавками удается снизить стоимость на 25%, расход остается на прежнем уровне.

В России по мнению экспертов ситуация будет другой. Из-за неразвитой индустрии по производству такого топлива стоимость литра никак не измениться. На сегодняшний день литр произведенного в России биоэтанола E85 составит 32-33 рубля, 92-й и тот на некоторых заправках меньше стоит.

Но законопроект очень даже имеет право апробацию.

Технологии наладятся, цены пойдут вниз, да и продажи топлива в розницу не сильно ударят по бюджету компаний. Колонки можно будет ставить на уже имеющихся заправках.

Зато в городах можно будет чистым воздухом дышать.

Формирование современных тенденций мирового рынка биотоплива сопровождается развитием противоречий субъектов на всех уровнях - от групп государств до отдельных хозяйствующих структур и потребителей. При этом экономические, экологические и социальные эффекты от внедрения биотоплива остаются предметом обширных споров. Учитывая тот факт, что стоимость биотоплива по сравнению с традиционными видами топлива несколька высока, во многих случаях более рентабельными в борьбе за уменьшение глобального потепления климата оказываются такие методы, как сокращение энергоемких видов транспорта, повышение эффективности традиционных энергоресурсов, а также охрана и восстановление лесных массивов, поэтому, современное формирование биотопливного рынка - процесс сложный и противоречивый и может стать существенным препятствием дальнейшего развития. И тем не менее рассмотрим все «ЗА» и «ПРОТИВ»

Преимущества биотоплива:

· Мобильность по сравнению с другими альтернативными источниками энергии

В настоящее время у более «радикальных» альтернативных энерготехнологий, таких как солнечная энергетика и ветроэнергетика есть одна большая проблема -- мобильность. Поскольку солнце и ветер не имеют постоянного характера, для обеспечения больших мощностей в таких энерготехнологиях приходится использовать относительно тяжелые аккумуляторные батареи (но с совершенствованием технологий эта проблема постепенно решается). С другой стороны -- биотопливо, его довольно легко транспортировать, оно обладает стабильностью и довольно большой «энергоплотностью», его можно использовать с незначительными модификациями существующих технологий и инфраструктуры.

· Снижение стоимости

В настоящее время на рынке биотопливо стоит столько же, сколько и бензин. Тем не менее в использовании биотоплива больше преимуществ, поскольку это более чистый вид топлива, он производит меньше выбросов при сжигании. Биотопливо можно адаптировать к существующим конструкциям двигателей, которое будет хорошо использоваться в любых условиях. При этом такое топливо лучше для двигателей, оно снижает общие затраты на контроль за загрязнением двигателя и, следовательно, его использование требует меньше затрат на техническое обслуживание. С увеличением спроса на биотопливо есть вероятность, что в будущем оно станет дешевле, а колонки можно будет ставить на уже имеющихся заправках.

· Адаптация к двигателям и их эксплуатация

Обладая отличными смазочными характеристиками, высокой температурой воспламенения, биодизель благоприятно действует на срок службы двигателя. Расчеты показали, что ресурс двигателя при использовании этого вида топлива может увеличиться на 60%! Кроме того, использование биодизеля не вынуждает как-то модернизировать или изменять существующие двигатели, следовательно, он более безопасен.

· Возобновляемые источники

Бензин получают из сырой нефти, которая не относится к возобновляемым ресурсам. Хотя современных запасов ископаемого топлива хватит еще на много лет, они в конечном итоге когда-то закончатся. Биотопливо изготавливается из различного сырья, такого как навоз, отходы сельскохозяйственных культур и растений, выращенных специально для топлива. Это возобновляемые ресурсы которые, вероятно, не закончатся в ближайшее время. Совершенно ясно одно: нефти на земле с каждым годом становится все меньше, а биотопливо может стать новым источником дохода для компаний производителей и новым рычагом влияния для стран.

Извлекаемые запасы ископаемых первичных энергоносителей и ежегодный прирост биомассы (в млрд. т нефтяного эквивалента)

Таблица 3

· Сокращение выбросов парниковых газов

При сжигании ископаемое топливо производит большое количество углекислого газа, который считается парниковым газом и причиной удержания солнечного тепла на планете. Сжигание угля и нефти повышает температуру и вызывает глобальное потепление. Чтобы уменьшить воздействие парниковых газов, можно использовать биотопливо. Исследования показывают, что биотопливо снижает выбросы парниковых газов до 65 процентов. Кроме того выращивание культур для биотоплива частично поглощают оксид углерода, что делает систему использования биотоплива ещё более устойчивой. Биодизель в сравнении с обычным дизельным топливом почти не содержит серы. При попадании в почву или воду он практически полностью разлагается уже через три недели.

· Экономическая безопасность для стран, не обладающих большими запасами топлива

Не каждая страна обладает большими запасами нефти. Импорт нефти оставляет существенную брешь в экономике страны. Если люди начнут склоняться в сторону использования биотоплива, то зависимость от импорта будет снижаться. Благодаря росту производства биотоплива создастся больше рабочих мест, что должно положительно отразиться на экономике страны.

Недостатки биотоплива

· Ограничения региональной пригодности

Растительное сырье для биотоплива, вероятнее всего, будет выращиваться в определенных регионах. Это связано с рядом причин, главная из которых - это то, что некоторые культуры просто лучше растут в одних местах и хуже в других.

При выборе региона для производства растительного сырья надо учитывать:

• § Водопользование - чем меньше воды используется для выращивания сельскохозяйственной культуры, тем лучше, так как вода является ограниченным ресурсом. Особенно это критично в более засушливых местах.
• § Инвазивность - урожай, который убивает местные растения и который трудно контролировать может поставить под угрозу биоразнообразие и серьезно повредить экосистему региона.
• § Удобрения - питательные вещества необходимые для растений. Некоторые растения требуют меньше органических ресурсов, чем другие.
• § Климат - в некоторых местностях просто невозможно выращивать биотопливные культуры, например, в местности с холодным или засушливым климатом.
• · Продовольственная безопасность

Проблема с выращиванием сельскохозяйственных культур для топлива заключается в том, что они займут землю, которую можно было бы использовать для выращивания продуктов питания. В мире с постоянно растущим населением проблема наличия земли для сельскохозяйственных целей становится все более острой.

· Ограничение на изменение землепользования

При очистке земли от местной растительности для выращивания сырья удар по экологии наносится с трех сторон:

разрушается среда обитания животных и микроэкосистемы;

в процессе очистки территории от местной растительности увеличивается потребление энергии, поэтому производство получается очень энергоемким и связано с большим количеством выбросов загрязняющих веществ в процессе обработки;

растет потребление удобрений, которые будут загрязнять почву и через нее водные пути и всю окружающую среду.

Изменения в землепользовании для производства биотоплива имеют значительные недостатки, поэтому для производства биотоплива лучшим решением является использование существующей земли, но это уменьшает количество земли для продовольственных целей.

· Проблемы, связанные с выращивание монокультуры

Конечно, для получения большого количества урожая легче вырастить один вид культуры. Такая практика выращивания одной культуры называется монокультура. Примеры монокультур можно найти по всему миру, выращивание одного вида стало более распространенным в последние 20-30 лет.

Выращивание одного вида урожая изменяет окружающую среду с точки зрения доступной для вредителей пищи. Например, если урожай картофеля поедается определенным вредителем, который может мигрировать только на несколько сотен метров, а картофельные поля разделены кукурузными полями, то появление вредителей на одном картофельном поле не станет проблемой, поскольку вредители не смогут переместиться за пределы одного поля. Однако без кукурузных полей вредитель может легко уничтожить весь урожай.Использование же пестицидов при выращивании монокультуры для борьбы с вредителями неизбежно ведет к выработке у вредителя устойчивости к этим средствам. Как следствие урожай будет страдать.

При обращении к генной инженерии, когда изменяется сама культура и делается устойчивой к вредителям, отпадает необходимость использования пестицидов. Отлично! Но проблема состоит в том, что скорее всего модификации культуры не спасут абсолютно от всех вредителей, и через несколько лет производители столкнуться все с той же проблемой истребления урожая.

Ключ к здоровью культур по всему миру заключается в биоразнообразии, которое означает просто наличие большого количества различных видов растений и животных. Таким образом, если один сорт картофеля приходит в упадок, то существует другой сорт картофеля, который его может заменить. Это особенно важно, когда речь идет о продовольственных культурах.

· Ограничение в составе бензина/дизеля

В современных автомобилях биоэтанол и биодизель могут применяться лишь в составе обычного бензина/дизеля соответственно. И лишь в небольших количествах, не более 10%. Если превысить этот порог, то безвредное для экологии топливо может спокойно навредить топливной системе автомобиля и его двигателю. Высокая вязкость биодизеля не позволяет использовать его в холодное время, поэтому требуется применять смеси, состоящие на 20% из биодизеля и на 80% из солярки (марка В20).

· Конструкция двигателей

Для того, чтобы автомобиль мог ездить на чистом биотопливе, необходим доработанный двигатель и другие топливные магистрали, без этого никак. Бесконтрольное использование биотоплива может привести к поломкам двигателей автомобилей.

· Стоимость биотоплива

На сегодняшний день литр произведенного в России биоэтанола E85 составит 32-33 рубля, а 92-й на некоторых заправках стоит меньше.

· Загрязнение окружающей среды

Некоторые виды биотоплива могут привести к загрязнению окружающей среды опасными веществами, стандартов по которым на сегодняшний день не существует.

· Химический состав

Само по себе биотопливо является сильным растворителем, которое со временем может забить мелкие форсунки инжекторной системы двигателя. Практически в каждую марку биотоплива входит этанол, что делает топливо выражено гигроскопичным веществом, а растворяющаяся в нем влага может вызывать коррозию двигателя. Помимо этого, различные компоненты топлива могут оказывать негативное действие на уплотнители, прокладки и системы подачи топлива.

Сейчас, как никогда, актуальным стал вопрос о поиске альтернативных энергоресурсов.

Одним из видов таких ресурсов и является биотопливо .

– это, как понятно из названия, топливо основой которого является биологические компоненты растительного или животного происхождения. Материалом для изготовления биотоплива является не только природные ресурсы, но и отходы разного рода производства.

Возникла потребность в изучении, добыче и использовании биотоплива закономерно. Человечество использует в своей жизнедеятельности все возможные природные ресурсы, часть из них постоянно и достаточно быстро восполняются, а часть, напротив, исчерпываются, а на восполнение их уходит не одно столетие. К таким ресурсам относят и топливо. В качестве топлива люди используют нефть, уголь, газ и т.д. Все эти компоненты добываются из недр земли, где они образуются природой без участия человека, соответственно, повлиять и ускорить этот процесс невозможно. Учитывая все вышеперечисленные нюансы, возникает потребность в таких видах природного топлива, которые будут давать много энергии и при этом быстро восстанавливались в природе. На самом деле с биотопливом человечество знакомо с незапамятных времен, с тех пор как для отопления стали использовать дрова и различные отходы лесозаготовки, правда, в то время никто еще не называл дрова понятием биотопливо .

Для изготовления биотоплива используют отходы деревообрабатывающей промышленности, торф, отходы сельского хозяйства (трава, солома, зерно), отходы целюлозно-бумажной промышленности.

Большим плюсом биотоплива является его натуральность и, соответственно, полная безопасность для окружающей среды, относительно невысокая стоимость, так как используют сырье из отходов производства. Минусом же может быть сравнительно невысокая энергоэффективность по сравнению с другими видами топлива.

Биотопливо бывает разных видов:

1. Газообразное биотопливо.

– это самый популярный на сегодняшний день вид альтернативного топлива.

Производят твердое биотопливо из:

Отходов деревообработки и лесозаготовки. К ним относят опилки, щепу, хвою, сучки, обломки дерева, ветки, кора, обрезки досок, брак и т.д.

Кукуруза;

Отходы винопроизводства.

Для удобства использования биомассу прессуют, в результате чего выходят гранулы (пеллеты) и брикеты.

Чаще всего твердое биотопливо используют для отопления, очень редко – для получения электроэнергии.

Для производства твердого биотоплива выращивают специальные энергетические леса, в состав такого леса входят быстрорастущие деревья и кустарники.

К жидкому относят такие разновидности биотоплива – спирты, эфиры, биодизель.

Для производства такого биотоплива используют сахарный тростник, сахарную свеклу, кукурузу, пшеницу, рапс и т.д. В процессе брожения биомассы и возникает жидкое биотопливо (биоэтаном, биодизель).

Используют жидкое биотопливо в качестве горючего для автомобилей.

Положительным качеством такого топлива является высокая воспламеняемость, быстрое пополнение запасов сырья и отсутствие вредных выбросов в атмосферу, при попадании жидкого биотоплива в воду вред для окружающей среды минимальный, биотопливо быстро разлагается в почве.

Газообразное биотопливо.

Производят его из таких же материалов, что и предыдущие виды, древесная стружка, листья, кора, шелуха подсолнуха, солома и т.д. В результате брожения, которое вызывают бактерии, возникает биогаз. Для производства биогаза используют такие виды бактерий:

Метанобразующие;

Гидролизные;

Кислотообразующие.

В состав биогаза входят углекислый газ и метан. После очистки от углекислого газа, полученный биометан можно использовать в качестве топлива для автомобиля. Он ничем не уступает обычному метану, но по сравнению с ним не загрязняет грунтовые воды и атмосферу.

Существует еще одна классификация биотоплива по поколениям:

Биотопливо первого поколения – производят его из биологического сырья посредством брожения;

Биотопливо второго поколения – более усовершенствованный вид биотоплива. Биотопливо второго поколения производят из не пищевого сырья, а именно отходов;

Биотопливо третьего поколения – производят его из водорослей. Это самый новый и перспективный вид биотоплива. Связано это с характеристиками и свойствами водорослей. Это и большая «жирность», высокая урожайность (до 40 урожаев в год) и то, что посадка водорослей не производится в ущерб сельскохозяйственным посадкам.

Кратко ознакомившись с материалом становится понятно, что развитие такой отрасли как биотопливо необходимо. Связано это, в первую очередь, с защитой окружающей среды от вредных выбросов, которые вырабатываются при сгорании современных видов топлива, а также от полного истощения запасов природных ресурсов, которых с каждым годом человек использует все больше и больше.

Ирина Железняк, Собкор интернет-издания "AtmWood. Дерево-промышленный вестник"

Насколько информация оказалась для Вас полезной?

Спрос на биотопливо растет во всем мире. Может ли Россия стать и биотопливной державой? Потребление энергии в мире за последние 50 лет росло быстрее, чем численность населения. Эта тенденция сохранится и в обозримом будущем: 1950 г. - 2 млрд т у.т. (тонн условного топлива), 2000 г. - 12 млрд, 2020 г. (прогноз) - 34 млрд т у.т; численность населения, соответственно, 2 млрд, 6 млрд и 11 млрд человек. Напомним, что в настоящее время примерно 70% своих потребностей в энергоносителях человечество удовлетворяет за счет невосполнимых источников энергии. В течение XXI века все невосполнимые энергоносители, во-первых, будут постоянно дорожать, во-вторых, их доступные месторождения, в основном, иссякнут.
Анализ ситуации показывает, что сейчас производство биотоплива из фитомассы и продуктов урожая различных растительных культур (травянистых, древесно-кустарниковых) является одним из перспективных направлений создания возобновляемых энергоресурсов в целом ряде как развитых, так и развивающихся стран. Биоэтанол (денатурированный технический этиловый спирт, используемый как добавка к автомобильному бензину; его производят путем сбраживания богатой углеводами фитомассы или зерна) и биодизель (метиловый эфир жирных кислот растительных масел, преимущественно рапсового и подсолнечного), добавляемый к дизельному топливу, становятся популярными на мировом ранке.
Пока спрос на биотопливо существенно превышает предложение. В 2005 г. мировое потребление биоэтанола составило 34 млн т, из которых более половины (около 18 млн т) произведено в США. В текущем году ЕС планирует получить около 9 млн т биодизеля, на что потребуется 22 млн т маслосемян. Мощности производства биоэтанола растут в мире более быстрыми темпами, чем биодизеля, и их соотношение составляет, примерно, 6:1. Биодизель и биоэтанол в странах ЕС и США - обязательные экологичные ингредиенты-добавки к дизельному топливу и автобензину, поскольку они снижают объемы вредных выбросов. При полном цикле производства биоэтанола выброс парниковых газов уменьшается на 12-26% по сравнению с производством бензина, а биодизеля - на 41-78% по сравнению с производством дизтоплива. Эмиссия этих газов значительно снижается и при использовании биоэтанола и биодизеля в качестве ингредиентов моторного топлива.
По мнению специалистов ФАО, дальнейший рост потребления биотоплива (в 2007 г. его произведено порядка 50 млрд л) поможет диверсифицировать сельское и лесное хозяйство, создать новые рабочие места и вовлечь в оборот временно неиспользуемые земли. Согласно недавней оценке руководителя российской нефтегазовой компании «Итера» И. Макарова, ежегодный (с начала XXI века) прирост потребления этого экологичного вида моторного топлива составляет более 25%. Германия, США, Австралия, Япония, Южная Корея и другие страны увеличивают содержание биодобавок в потребляемом горючем на 5-7% в год. Бразилия на протяжении нескольких десятилетий использует только смешанное автомобильное топливо (бензин + биоэтанол), причем доля этанольного ингредиента в настоящее время составляет 85%, бензина - 15%.
Выход энергоносителя с единицы площади посевов или насаждений за вычетом энергозатрат на производство, сбор, транспортировку, хранение и трансформацию фитомассы (биотехнологическим, физическим или физико-химическим способами) в конечные энергоносители, т.е. в моторное топливо, принято характеризовать коэффициентом энергетической эффективности (или полезности) биотоплива – Кээ. Например, в случае конверсии растительной биомассы в биогаз Кээ в 5 раз выше, чем при ее обычном сжигании. По этому показателю этанол на основе кукурузы (Кээ=1,25-1,35) предпочтительнее, чем традиционный бензин (Кээ=0,81), а биодизель (Кээ=1,9-3,2) - чем традиционное нефтяное дизтопливо (Кээ=0,83). В любом случае производству моторного топлива из биомассы должен предшествовать строгий экономический и экологический анализ. Подчеркнем, что достижение российским аграрным сектором мирового уровня развития производства биотопливного сырья возможно только при условии его конкурентоспособности. Поэтому сельскохозяйственным товаропроизводителям необходимо стремиться к тому, чтобы отдача 1 га рапса, кукурузы, других «энергетических» культур была на уровне показателей стран ЕС.
В отличие от западных стран (ЕС, США и др.), а также Китая производство биотоплива - перспективного возобновляемого энергоресурса - со стороны государственных структур России в настоящее время недооценивается. Выращивание его сырья носит пока в основном инициативный, фрагментарный характер и осуществляется лишь благодаря усилиям со стороны руководителей отдельных регионов, инициативе некоторых бизнесменов и сельхозпроизводителей. Пока российское производство биотопливного сырья и (или) конечной продукции ориентировано, в основном, на экспорт в страны ЕС и ближнего зарубежья. Выращивание сырьевых культур, необходимых для получения моторного биотоплива в России пока не только финансово не поддерживается государством, а напротив, искусственно тормозится. В частности, экспорт зерна рапса облагается пошлиной, а биоэтанола - акцизом. Поэтому целесообразно, чтобы в самое ближайшее время в России, подобно ЕС, был принят закон об обязательном использовании экологичных добавок к бензину и дизтопливу, разработана Федеральная программа по производству сырья и его переработке в биотопливо, а также отменены пошлины, акцизы и двойное налогообложение экспортируемой продукции (биоэтанол, семена рапса и др.).
Современное производство биотоплива из продуктов урожая культивируемых растений экологично и в основном безотходно. Его ценными сопутствующими продуктами являются клейковина, глютен, отруби, жмых, кормовые дрожжи, шрот, глицерин. Наиболее перспективная культура для производства биотоплива в России - рапс яровой и озимый. Озимый рапс вдвое превосходит по урожайности яровой, но более требователен к условиям перезимовки. В настоящее время выращивание рапса в отдельных регионах страны выгоднее, чем зерновых культур. Именно поэтому его посевные площади в России быстро растут, и среди технических культур рапс вышел на второе (после подсолнечника) место. У нас имеются практически неограниченные возможности для получения биотопливного сырья за счет наращивания производства семян рапса на так называемых залежных (временно не возделываемых старопахотных) землях, площадь которых в 2007 г. достигла 40 млн га. Немаловажно, что если для производства пищевого масла необходимы сорта рапса с низким содержанием эруковой кислоты, то для биотоплива ее должно быть в рапсе как можно больше!
Теплотворная способность зерна рапса - 26,5 МДж/кг (для сравнения: древесины бука - 18,4, каменного угля - 29,7 МДж/кг). Если принять топливную эквивалентность бензина и дизтоплива равной 1, то аналогичный показатель для рапсового масла составит 0,96, биодизеля 0,91, биоэтанола 0,65. С каждого гектара плантаций сахарного тростника в Бразилии получают 4-6 тыс. л этанола, в США один «кукурузный» гектар приносит 2 тыс. л, а «пшеничный» в Европе - всего 1 тыс. л спирта. В то же время, один гектар рапса дает 1100 кг масла, подсолнечника - 600, сои - 290 кг. Из 1 т семян рапса (с масличностью 30-50%) можно получить 270 кг (450 л) биодизеля. Его преимущества: можно использовать взамен дизтоплива, этот продукт стандартизован, он постоянно востребован рынком. Его недостатки: требуются затраты на стерилизацию, возникают проблемы со сбытом попутного глицерина, имеются сезонные ограничения в применении (метиловый эфир пальмового масла застывает при +50С, рапсового - при –100С).
Рапс - фитосанитар полей. Его использование в качестве сидерата способствует накоплению органического вещества и азота в почве, улучшению ее структуры. Выделения его корней освобождают пахотный слой почвы от возбудителей корневых гнилей и других фитопатогенов зерновых колосовых культур. Рапс традиционно считается лучшим предшественником пшеницы (озимой и яровой). Средняя урожайность зерна рапса в странах ЕС-25 давно превысила 30 ц/га, в то время как в странах СНГ она составляет всего 11 ц/га. Тем не менее, выращивание рапса в России оправдано с экономической, экологической и агрономической точек зрения. Европа уже сейчас готова закупать его маслосемена по цене 150-200 евро/т. Рентабельность рапса редко опускается ниже 50%. Если производить рапсовое масло в регионах выращивания культуры, то остающийся жмых - ценнейший кормовой ресурс. До недавнего времени рапс - основная мировая культура для производства биодизеля - в России не был востребован. С 2007 г. благодаря целевой программе Минсельхоза России по поддержке производства рапса отмечен рост площадей этой культуры и планируется их ежегодное увеличение примерно на 20%. Это вполне реальный показатель, поскольку рапс географически может произрастать в более широкой природно-климатической зоне, чем подсолнечник. Однако производство сырья для биотоплива - это необходимый, но лишь самый первый, начальный этап в реализации этой инновационно-ресурсной, биотехнологической и экологической проблемы. Ее успешное, комплексное решение зависит не столько от усилий отраслевого руководства, сколько от четкой программы действий самого верхнего эшелона исполнительной и законодательной властей.
Поскольку в настоящее время мировые мощности выпуска биоэтанола растут более быстрыми темпами, чем биодизеля, на производство биотоплива используется больше зерновых, чем масличных культур. Однако, на наш взгляд, выращивание зерновой кукурузы как сырья для биоэтанола в России менее перспективно, чем рапса для биодизеля. Оптимальная зона возделывания кукурузы (этой теплолюбивой, интенсивной пропашной культуры) в сравнении с рапсом существенно ограничена. Россия традиционно импортирует кукурузу, поскольку в стране существует постоянный дефицит ее зерна и как продовольственного сырья (крахмалопаточное, крупяное и спиртовое производство), и как ценного ингредиента комбикормов для животных. В то же время, в отдельных, наиболее благоприятных зонах страны складывающаяся конъюнктура в пользу зерновой кукурузы, что стимулирует расширение ее производства. Так, в Волгоградской области при урожайности кукурузы 50-70 ц/га финансовая отдача с 1 га в 3-4 раза выше, чем с 1 га подсолнечника. Разумеется, если у российских сельхозпроизводителей появился шанс получить больший доход с посевных площадей за счет их частичного перераспределения в пользу кукурузы, то важно (если это не в ущерб продовольственной безопасности страны) не вводить на ее продукцию ограничительные экспортные пошлины, лишающие производителя прибыли.
В Северо-Западном, Центральном и Сибирском регионах России при утилизации отходов деревообработки перспективно производство пеллет - небольших цилиндриков или брусочков, получаемых измельчением и прессованием древесины и ее отходов. Их можно производить и по технологии «быстрорастущих древесных пород в плантациях с коротким оборотом». Эта технология предусматривает один раз в три года скашивание специальным комбайном молодого древостоя и поросли ольхи, березы, осины, тополя, желтой акации или любых других быстрорастущих древесно-кустарниковых пород. Пеллеты, применяемые для отопления индивидуальных домов, имеют неограниченный спрос на западном рынке (в частности, в Скандинавских странах) и в Китае. По теплотворной способности они вдвое превосходят обычные дрова, удобны для перегрузки, транспортировки, хранения. Поскольку их производство на одной плантации (вне севооборота) осуществляется в течение нескольких десятков лет, оно не конкурирует с выращиванием продовольственных и фуражных культур.
В обозримом будущем производство в России биоэтанола и BTL-топлива, т.е. жидкого топлива, получаемого из любой биомассы в процессе ее биоконверсии и пиролиза (biomass-to-liquid, или Sun Fuel) наиболее перспективно за счет биотехнологий второго поколения. В этом случае в отличие от продовольственных культур (таких как сахарный тростник, сахарная свекла, зерно и др.) исходным энергетическим сырьем являются любые органические субстраты - трава, целлюлоза, отходы растениеводства и деревообработки. В качестве моторного горючего BTL-топливо высокоэффективно, т.к. сгорает практически полностью с минимумом эмиссии в выхлопных газах вредных примесей - сажи, метана, оксидов азота и углерода. У получаемых по такой технологии энергоносителей высокий показатель энергетической полезности (Кээ=5-6), а выброс парниковых газов на 82-85% ниже в сравнении с производством традиционного бензина. Однако широкомасштабное производство BTL-топлива пока лимитируется отсутствием высокоэффективных и приемлемых по стоимости ферментных препаратов.
Считают, что биотопливо пользуется неограниченным спросом на мировом рынке и его производство становится выгодным, если цена нефти превышает 70 долл/баррель. Хотя этот рубеж оставлен далеко позади, пока биодизель и биоэтанол - дотируемые продукты стран ЕС и США. Вместе с тем биотопливные продукты выступают на мировом рынке как реальные конкуренты продовольствия. Из-за сопряжения их цен и конкурентного производства их сырья в мире отмечается фактическое слияние энергетической и продовольственной отраслей. Поэтому перманентный рост мировых цен на нефть будет сопровождаться ростом цен на зерно и зернопродукты. Из сказанного следует важный практический вывод: от повышения мировых цен на продовольствие, вызванного мировым биотопливным бумом, больше всего выиграют страны, одновременно являющиеся и производителями биотоплива, и экспортерами нефти; напротив, из-за расширения масштабов производства биотоплива в мире больше всего пострадает население стран, которые одновременно испытывают и дефицит продовольствия, и импортируют энергоресурсы.
В заключение подчеркнем, что в росте сектора биотоплива правительства ЕС, США и ряда развивающихся стран видят не только экологические и экономические, но и политические выгоды. Из-за административных преференций стабильный рост его производства объективно способствует увеличению прибылей и сельхозпроизводителей, и работников энергетической отрасли. Не намерена отставать от прогресса биоэнергетики и Украина, где к 2009 г. намечено увеличить посевы рапса в 8 раз. Россия же, фактически ничего не предпринимая, окончательно технологически отстанет не только от США и Европы, но и от Китая, Индии, Казахстана. Наконец, вполне реальна ситуация, когда, например, наши трайлеры, работающие на дизтопливе без биоприсадок, просто перестанут пускать в Европу, и тогда Россия вынуждена будет завозить биотопливо из-за рубежа.
Возникает закономерный вопрос: почему же этой актуальной проблемы до сих пор не замечают наши руководители?
М.С. Соколов, академик РАСХН, специально для газеты "Защита растений"